ドナルド・アーヴィン・クヌース（1938年1月10日生まれ）は、アメリカの計算機科学者であり数学者である。彼はスタンフォード大学の名誉教授であり、1974年度のACMチューリング賞受賞者である。この賞は、非公式に計算機科学のノーベル賞と見なされている。クヌースは「アルゴリズム解析の父」と呼ばれ、多巻の著作『The Art of Computer Programming』の著者でもある。
クヌースは、計算複雑性の厳密な解析の発展に貢献し、そのための形式的な数学的手法を体系化し、漸近記法を普及させた。彼はまた、TeXコンピュータ組版システム、METAFONTフォント定義言語、およびComputer Modern書体の創作者でもある。作家および学者として、彼は文芸的プログラミングのためのWEBおよびCWEBプログラミングシステムを創造し、MIX/MMIX命令セットアーキテクチャを設計した。彼はソフトウェア特許に強く反対しており、その見解を米国特許商標庁および欧州特許機構に表明している。
幼少期と教育
クヌースはウィスコンシン州ミルウォーキーで、アーヴィン・ヘンリー・クヌースとルイーズ・マリー・ボーニングの間に生まれた。彼は自身の遺産を「中西部ルーテル派ドイツ人」と表現している。彼の父は小さな印刷業を営み、簿記を教えていた。ミルウォーキー・ルーテル高校在学中、クヌースは早期から問題解決の創意工夫を示した。8年生のとき、彼は「Ziegler's Giant Bar」の文字から並べ替えられる単語の数を求めるコンテストに参加した。審査員は2,500語を特定していたが、クヌースは仮病で学校を休んだ日に完全版辞書を使って4,500語以上を見つけ出し、優勝した。学校はテレビと全生徒分のキャンディーバーを受け取った。
クヌースは1956年にケース工科大学（現在のケース・ウェスタン・リザーブ大学の一部）から物理学の奨学金を受け取った。彼はシータ・カイ友愛会のベータ・ヌー支部に入会した。初期の商用コンピュータであるIBM 650を紹介され、そのマニュアルを読み、自分ならもっとうまくできると信じて、その機械用のアセンブラとコンパイラのコードを書き直すことを決意した。1958年、彼はバスケットボールチームの勝利を助けるプログラムを作成し、得点確率を測定するために選手に「価値」を割り当てた。これは斬新なアプローチであり、ニューズウィークとCBSイブニングニュースで報じられた。
クヌースは『Engineering and Science Review』の創刊編集者であり、1959年に全国賞を受賞した。彼は物理学から数学に専攻を変更し、1960年に理学士号と修士号の両方を取得した。後者は特別教員賞によるものであった。4年生の終わりに、彼はバローズ・コーポレーションにB205用のALGOLコンパイラを5,500ドルで書くことを提案した。提案は受け入れられ、彼はケースとカルテックの間でその作業に取り組んだ。1963年、彼はカリフォルニア工科大学でマーシャル・ホールを指導教官として、論文『Finite Semifields and Projective Planes』により数学の博士号を取得した。
初期の経歴とThe Art of Computer Programming
博士号取得後、クヌースは1963年にカルテックの教員に助教授として加わった。彼はまたバローズ・コーポレーションのコンサルタントにもなり、B220用のALGOLコンパイラに取り組んだ。彼はグリーン・ツリー・コーポレーションからの10万ドルの契約を断り、カルテックとバローズに留まった。彼は国立科学財団とウッドロウ・ウィルソンのフェローシップを辞退した。なぜなら、それらはコンサルティング業務を妨げるからであった。1962年の夏、彼はユニバック用のFORTRANコンパイラを書き、後に「悪魔に魂を売った」と述べた。
バローズでは、クヌースはシンボルテーブルの拡張を提案し、1つのシンボルが一連のシンボルを表すことを可能にした。これはバローズALGOLのDEFINEの基礎となった。エドガー・ダイクストラは当初このアイデアを嫌った。クヌースはまたシミュレーション言語にも取り組み、J・マクニーリーとともにSOLを制作し、1967年にノルウェーで開催された会議に出席した後、バローズにSimulaを採用するよう影響を与えた。彼のバローズとのコンサルティング関係は1960年から1968年まで続いた。
1962年、アディソン＝ウェスリーはクヌースにコンパイラに関する本の執筆を依頼した。その作業中に、彼はコンピュータプログラミングの基本理論が必要であると気づき、それが『The Art of Computer Programming』となった。当初は1巻の予定だったが、6巻または7巻に拡大し、第1巻は1968年に出版された。出版直前に、クヌースはカルテックを離れ、プリンストンの国防分析研究所の通信研究部門で働き、国家安全保障局のために暗号学の数学的研究を行った。
計算機科学への貢献
クヌースの『The Art of Computer Programming』への取り組みは、アルゴリズムの解析を厳密な学問として確立した。彼はアルゴリズム効率を記述するための漸近記法（ビッグオー記法など）を導入し、普及させた。彼の著書は、その精密さ、歴史的注記、難易度別に分類された演習問題で知られている。このシリーズは計算機科学の基礎的な参考文献と見なされている。
クヌースはまた、TeX組版システム（1978年リリース）とMETAFONTを開発し、高品質な数学組版を可能にした。TeXは学術出版の標準となった。彼はコードとドキュメントを単一のソースに組み合わせる文芸的プログラミングのためのWEBおよびCWEBシステムを創造した。彼のMIXおよびMMIXアセンブリ言語は、彼の著書で低水準プログラミングの概念を説明するために使用されている。
後期の経歴と受賞
クヌースは1969年にスタンフォード大学に加わり、教授となり、後に名誉教授となった。彼は1974年にアルゴリズム解析とプログラミング言語設計への主要な貢献によりチューリング賞を受賞した。彼はまた、国家科学賞（1979年）、ジョン・フォン・ノイマン賞（1995年）、京都賞（1996年）も受賞している。クヌースは細部への注意で知られており、著書で見つかった誤りに対して金銭的な報酬を提供している。
クヌースはソフトウェア特許に対して率直な反対者であり、アミカスブリーフを提出し、特許庁で証言している。彼は1990年代に積極的な研究から引退し、『The Art of Computer Programming』の完成に専念し、第4A巻と第4B巻は2011年と2022年に出版された。彼の業績は、MITやカーネギーメロン大学を含む多くの計算機科学者の世代に影響を与えた。
遺産
クヌースの影響は、アルゴリズム、組版、プログラミング方法論に及んでいる。彼の教科書は多くの言語に翻訳され、今も広く使用されている。TeXシステムとその派生（LaTeXなど）は科学出版に不可欠なツールである。彼の文芸的プログラミングの概念は、現代のドキュメント実践に影響を与えた。アルゴリズム解析における数学的厳密性へのクヌースのこだわりは、この分野の基準を設定し、人工知能および関連分野への彼の貢献は、数多くの名誉学位と賞を通じて認められている。
古典的な計算機科学への焦点にもかかわらず、クヌースの業績は、機械学習やニューラルネットワークを含む多くの現代の発展を支えており、基礎的なアルゴリズム技術を提供している。彼の遺産は、計算機科学の基礎への顕著な貢献に対して授与される毎年のクヌース賞で称えられている。